Исследование поглощения гамма-излучения различными строительными материалами. - 2 стр.

Остановимся кратко на трех важнейших процессах взаимодействия гамма-квантов с веществом.
1.Фотоэффект.
При прохождении через вещество гамма-квант может всю свою энергию передать связанному в атоме
электрону. При этом часть энергии расходуется на преодоление связи электрона с атомом, а остальная
превращается в кинетическую энергию эммитируемого электрона. Процесс вырывания электрона из
атома гамма-квантом называется фотоэффектом, а вырываемые электроны - фотоэлектронами.
        Вероятность фотоэффекта зависит от энергии фотонов hω и заряда ядер z. Сечение фотоэф-
фекта определяется из соотношения.
                                                        3, 5
                                               ⎛ 1 ⎞
                                          σф ≈ ⎜    ⎟          ⋅ z5      (48)
                                               ⎝ hω ⎠
2.Комптоновское рассеяние гамма-квантов
При низких энергиях фотона, когда длина волны сравнима с размерами атома, происходит так назы-
ваемое классическое или когерентное рассеяние, при котором длина волны рассеянного фотона не из-
меняется и последний сохраняет свою энергию, меняя лишь направление импульса.
        При энергиях фотона, значительно превышающих энергию связи электронов в атомах, фотон
может вступать во взаимодействие со свободным или слабо связанным электроном. При этом фотон в
результате упругого соударения с электроном передает последнему часть своей энергии hω и им-
              ω
пульса h          , а сам изменяет свою частоту и направление распространения. Изменение направления
              с
движения фотона с изменением его частоты называется комптоновским рассеянием на электронах. Оно
является преобладающим процессом при энергиях порядка 1 МэВ.
        Вероятность эффекта Комптона зависит от энергии γ - квантов.
        Сечение комптоновского эффекта:
                                              mo c 2 ⎛ hω     1⎞
                                         σк ≈        ⎜⎜ ln   + ⎟⎟ (49)
                                              hω ⎝ mo c    2
                                                              2⎠
где   m   0
              - масса покоя электрона.
3.Образование электронно-позитронных пар
При энергии фотонов hω ≥ 1,02 МЭВ возникает новый процесс- образование пар частиц электрон-
позитрон: гамма-фотон превращается в пару электрон-позитрон. Образование пары также может про-
исходить как в поле ядра, так и в поле электрона. Вклад каждой из составляющих полного коэффици-
ента ослабления зависит от энергии фотона и атомного номера элемента.
        Поглощение гамма-лучей в веществе описывается уравнением (43), но так как интенсивность
пучка гамма-лучей пропорциональна числу гамма-квантов, выражение (43) можно представить в виде:

                                             N = N0e− μd              (50)
где N0 - число квантов, зарегистрированных прибором без поглотителя за время t;
N - число квантов, прошедших через слой вещества толщиной d и зарегистрированных прибором за то
же время t;
μ - коэффициент линейного поглощения.
      Если имеем две пластины вещества толщиной d, то для них

                                           N1 = N0e− μd1              (51)



                                 N2 = N0e−μd2                          (52)

Решив систему уравнений относительно μ , получим:

                                   ln N 2 − ln N1
                             μ=                                               (53)
                                      d 2 − d1
 Для целого ряда расчетов удобно пользоваться значением толщины слоя половинного ослабления d 0.5;